文︱郭紫文
圖 | 南芯
產業數字化、智能化催生了一場萬物互聯的浪潮，物聯網連接數量呈現指數級增長態勢，智能終端設備需求急劇上升。在這種市場趨勢下，鋰電池和充電器成為智能終端的標準配置，市場規?？焖僭鲩L。在消費電子、智能手機等領域，用戶對于電池的充電速度、續航能力等有了更高的要求，高效智能充電逐漸成為剛需。
南芯半導體持續圍繞高效率應用，專注鋰電池充電管理、電荷泵（charge pump）、DC-DC、AC-DC、無線充電、快充協議、鋰電保護等領域，擁有完整的高效充電和電源管理系統解決方案。10月28-30日，2021年慕尼黑華南電子展將于深圳國際會展中心（寶安新館）舉行，重磅推出了“充電技術”、“無人駕駛”等多個產業熱門關鍵詞，展會同期將舉辦“國際電動車驅動與充電技術創新論壇”等活動。在慕尼黑華南電子展即將召開之際，探索科技（techsugar）邀請到南芯半導體市場總監劉崇，共同探討充電和電源管理芯片的技術發展趨勢與國產化替代浪潮。
主打電荷泵充電方案，為效率而生
快充市場對于功率的要求不斷提升，高功率密度、高效率的快充方案需求持續旺盛。以智能手機快充為例，傳統buck架構在效率上陷入瓶頸，無法進一步提高，因此，電荷泵充電方案應用而生。劉崇表示，電荷泵是當前手機大功率充電唯一的解決方案，也是南芯半導體最核心的產品線之一。
從原理上看，電荷泵是一種利用“飛電容”來儲能的DC-DC轉換器，因此也稱為開關電容式電壓變換器。據公開信息顯示，南芯于2019年推出了高壓電荷泵芯片SC8551，實現了手機大功率充電的跨越式突破。此款芯片在國內率先實現量產，市場反饋良好，能夠提供高壓快充和低壓直充雙模式充電功能，打破了國外壟斷局面。
“快充設備要達到97%以上的效率，架構和設計方案的選擇至關重要。這需要工程師從充電頭、連接線，連接器、Charger，鋰保，電芯、通信協議等完整鏈路進行系統級考量，例如AC-DC需滿足精準的調壓調流功能、手機與充電頭可以實時通信，Charger要非常高效，鋰保和電芯要能承受大電流等。”劉崇表示，針對33W、40W、100W、200W或更多不同功率要求，南芯為客戶提供更加靈活可靠的電荷泵快充解決方案。以今年九月份推出的超高壓電荷泵快充IC SC8571為例，該芯片實現了業界同類產品的最大功率，支持單芯片120W充電規格。根據對手機散熱性能及用戶體驗的需求，兩顆SC8571并聯可實現120W至200W充電規格。
除了電荷泵產品，南芯半導體還擁有豐富的支持USB PD應用的產品線和相應的參考設計，包括支持升降壓轉換器在內的充電管理IC、DC-DC、無線充電、鋰保芯片和充電協議IC等，致力于打造高性能、高品質、高經濟效益的芯片產品。
圖源：南芯半導體官網
聚焦電池高效充電管理，進擊工業與汽車領域
萬物互聯的趨勢下，萬物充電也成為必然。智能手機的普及，讓充電芯片及電源管理芯片市場需求海量增長。近年來，雖然手機市場增速放緩，但消費者對于手機充電效率、能耗需求、散熱性能、充電設備小型化等諸多訴求只增不減，這使得快充和無線充電逐漸成為市場發展的重點方向。據劉崇介紹，南芯半導體的產品已經成功切入小米、OPPO、聯想、榮耀等多家品牌手機廠商的供應鏈，為其提供高性能、高可靠性的快充方案，其產品還廣泛應用于充電外設產品、智能手機、平板電腦、筆記本、電視、無人機、智能家居等各類電子產品中。
劉崇表示，為了提高芯片效率，南芯選擇更先進的工藝、封裝技術以及新材料來突破設計工藝帶來的瓶頸。在實現快充電源小型化方面，南芯研發了氮化鎵（GaN）驅動芯片，整個方案極大縮小了PCB面積，具有更佳的散熱性能和功率密度。作為第三代半導體材料，氮化鎵功率器件比硅基器件具有低導通電阻、低開關損耗、高電子遷移率、寬禁帶等優勢，是縮小方案尺寸、提高能效的絕佳選擇。南芯氮化鎵驅動配合第三方氮化鎵功率器件，在實現充電頭小體積高效率方面是行之有效的解決方案。
近年來，新能源汽車電子電氣架構不斷升級，汽車電子化水平逐步提高，對于模擬芯片的需求遠遠大于傳統汽車。這一需求拉動下，汽車電源管理系統成為主流趨勢，電源管理和模擬控制類芯片成為汽車智能化、電氣化的基礎支撐。在國家政策重點推動下，電源芯片等模擬芯片的發展前景廣闊。南芯半導體在汽車、工業領域也穩扎穩打，逐步深入。目前，南芯的高效DCDC已經被諸多工業領域采用；同時，南芯已經有多款產品通過AEC-Q100標準認證，在汽車無線充電等前裝市場多有應用。
以超越姿態為國產模擬和嵌入式芯片賦能
由于地緣政治因素，國產化替代的呼聲愈發強烈。現階段，電池及電源管理芯片市場仍然由國外巨頭占據，長期以來處于被“卡脖子”的窘迫狀態。近年來，國家政策對半導體芯片更加重視，資本大量涌入，本土產業鏈正在朝著建立完整生態體系方向前進。
“在模擬芯片領域，國產廠商與國際巨頭的差距正一點點縮小，在某些細分領域甚至已經實現了超越?！皠⒊绫硎?，得益于國內人才聚集與國家戰略統籌，南芯在電池充電及電源管理芯片上具有寬泛的產品線布局，是國內首家具備端到端完整充電鏈路解決方案的IC設計公司。自2015年成立以來，南芯以其經驗豐富的研發團隊與人才儲備，具有核心競爭力的先進技術和研發能力，準確把握市場先機，并持續擴大產品線，向嵌入式和信號鏈方向擴展，以卓越之姿助力國產芯片的發展。
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